Nat. Commun∣北极微藻，检测到接近理论最小值的光照需求
文献信息：
作者：Clara J. M. Hoppe, Niels Fuchs, Dirk Notz, Philip Anderson, Philipp Assmy, Jørgen Berge, Gunnar Bratbak, Gaël Guillou, Alexandra Kraberg, Aud Larsen, Benoit Lebreton, Eva Leu, Magnus Lucassen, Oliver Müller, Laurent Oziel, Björn Rost, Bernhard Schartmüller, Anders Torstensson, Jonas Wloka
接收时间：14 August 2024
https://doi.org/10.1038/s41467-024-51636-8
Nature Communications 影响因子：16.6
背景介绍
光合作用是自然界中至关重要的生物过程，它利用太阳能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气，为地球上的生物提供了必需的能量、碳元素和氧气。尽管光合作用扮演着如此关键的角色，科学家们对于支撑全球海洋中初级生产者进行光合作用和净生长所需的最低光照水平仍知之甚少。
最新的研究进展为我们提供了新的视角。一项在北极中心进行的MOSAiC野外活动的研究揭示了一个惊人的事实：在3月末，即使在每日平均辐照度低至0.04 ± 0.02 µmol photons m−2 s−1的条件下，冰下的微藻仍能恢复光合作用并积累生物量，接近理论上光合作用的最小光照需求，仅为0.01 µmol photons m−2 s−1。这一发现挑战了先前的估计，即光合作用至少需要0.3–5 µmol photons m−2 s−1的光照水平。
研究团队通过对冰下光照条件的持续监测，以及对叶绿素a浓度和潜在净初级生产力的同步测量，得出了这一结论。这项发现不仅对于理解极地生态系统具有重要意义如果低光照条件下的光合作用比之前认为的更为普遍，那么全球海洋中的真光层——即光合作用能够发生的水层——可能比已知的要深厚得多，这将重新定义对海洋生态系统中能量流动和碳循环的认识。
图文解读
图1| 采样点和深度的示意图
2020年春季，与本研究相关的 MOSAiC 采样点和深度在 RV Polarstern 周围的示意图。从上层混合层（圆形箭头）收集的生物参数是通过在 Ocean City 和 RV Polarstern 附近的冰洞中部署的 rosettes 从 20 米深度收集的，以及在 11 米深度的船舶航行系统。海冰核心用于收集海冰叶绿素 a 和净初级生产力 P。使用 OptiCALs（Optical Chain And Logger）gg, hh 和 ee 收集光测量，下至 50 米水深，以及 lightharp，后者仅在冰柱内。不同采样点的确切位置在图 S2 中说明。请注意，冰的漂移速度大约是底层水柱的六倍，因此冰层上的具体位置并不代表海洋中的不同采样位置。
图2| 浮游植物活动和生物量的时间发展
(A) 潜在的 14C 净生产力（作为净初级生产力的代理）在参考条件下的发展，以及 (B) 11 米水柱叶绿素 a（Chl-a）浓度（浅绿色）和 50 米深度整合的 Chl-a 存量（深绿色）随时间的变化。Chl-a 特定的 14C 净生产力生产在图 S4 中显示。
海冰底部（蓝色）和水柱（3-50 米深度整合值；绿色）的光合作用有效辐射（PAR）对于不同的 OptiCALs（Optical Chain And Logger 传感器 ee, gg, hh）和 light harp 随时间的变化。阴影区域表示 OptiCALs 和 lightharp 的误差带分别为 20% 和 12.2% 的不确定性。4 月 17 日在传感器 gg 附近打开的裂缝强烈增加了该位置水柱中 3-4 天的光照可用性。
11 米深度的航行叶绿素 a（Chl-a）浓度（对数尺度）作为 3-50 米深度整合的每日平均光合作用有效辐射（PAR）值的函数，以及在变化点之前（r2 = 0.03 表明 Chl-a 与 PAR 之间没有关系）和之后（r2 = 0.66 表明随着 PAR 的增加，Chl-a 呈指数增长）的指数拟合。变化点是根据 Beaulieu & Killick 确定的。4 月 17 日在传感器 gg 处打开的裂缝在 3-4 天内显著增加了该位置的光照可用性（见图3）。相应的数据点已从该计算中排除（见图 S9 了解全部数据）。
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